4 Cara Menghitung Perubahan Entalpi (ΔH) pada Suatu Reaksi Kimia

Cara menghitung perubahan entalpi (ΔH) dari suatu reaksi kimia dapat dilakukan dengan empat cara. Keempat cara menghitung perubahan entalpi meliputpi percobaan dengan kalorimeter, Hukum Hess, berdasar data entalpi pembentukan standar, dan energi ikatan. Empat cara menghitung perubahan entalpi tersebut digunakan pada berbagai bentuk permasalahan atau soal yang berbeda-beda.

Sebelumnya, ingat kembali sebuah persamaan kimia dengan suatu reaktan dan produk. Reaktan atau pereaksi pada persamaan kimia terletak di sebelah kiri tanda panah. Sedangkan produk atau hasil reaksi berada di sebalah kanan panah. Pada persamaan termokimia, persamaan reaksi kimia diikuti dengan informasi nilai perubahan entalpi dari suatu reaksi seperti bentuk umum berikut.

Informasi reaktan (pereaksi) dan produk (hasil reaksi berguna dalam perhitungan perubahan entalpi. Karena perubahan entalpi suatu reaksi sama dengan selisih energi pada reaktan dan produk.

Bagaimana cara menghitung perubahan entalpi dengan kalorimeter? Bagaimana cara menghitung perubahan entalpi dengan cara lain? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.

Baca Juga: Mengenali Reaksi Eksoterm dan Endoterm

1) Pengukuran ΔH dengan Kalorimetri

Besarnya perubahan entalpi dapat ditentukan melalui percobaan dengan menggunakan alat yang disebut kalorimeter. Proses pengukuran jumlah kalor yang dilepas/diserap dengan kalorimeter disebut dengan kalorimetri. Hasil dari pengukuran dengan kalorimeter adalah suhu sebelum dan setelah reaksi.

Dari hasil pengukuran suhu yang didapat kemudian dapat digunakan untuk menghitung kalor yang diserap atau dilepaskan selama reaksi. Kalor larutan dihitung melalui persamaan q_larutan = m×c×ΔT dan kalor kalorimeter dihitung melalui persamaan q_kalorimeter = C×ΔT. Kalor yang diserap atau dilepaskan kalori meter adalah kalor reaksi yaitu q_reaksi = –(q_larutan + q_kalorimeter).

Besar perubahan entalpi dari reaksi nilainya sama dengan q_reaksi. Pada reaksi eksoterm, nilai perubahan entalpi ditandai dengan nilai negatif. Sedangkan pada reaksi endoter, nilai perubahan entalpi ditandai dengan nilai positif. Sebagian besar reaksi yang terjadi sehari-hari merupakan reaksi eksoterm.

Pada beberapa soal, q kalorimeter sering diabaikan. Sehingga, persamaan yang sering digunakan untuk menghitung perubahan entalpi hanya ΔH = –(m×c×ΔT).

Baca Juga: Praktikum Kimia untuk Menentukan Perubahan Entalpi dengan Kalorimeter

Cara Menghitung Perubahan Entalpi dengan Kalorimeter

Sebanyak 100 mL HCl 0,5 M dan 100 mL KOH 0,5 M yang suhu keduanya sama dengan 27^oC dimasukkan ke dalam kalorimeter. Setelah reaksi ternyata suhu larutan menjadi 30,3 ^oC. Diketahui kalor jenis larutan 4,2 J/gr^oC dan mmassa jenis larutan 1 gram/cm³. Perubahan entalpi reaksi tersebut adalah ….
A. –2,77 kJ/mol
B. +2,77 kJ/mol
C. –55,4 kJ/mol
D. –67,2 kJ/mol
E. +67,2 kJ/mol

Penyelesaian:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.

• Volume HCL 0,5 M: v_HCl = 100 mL = 0,1 L
  Volume KOH 0,5 M: v_KOH =100 mL = 0,1 L
  Jumlah volume: v = 100 mL + 100 mL = 200 mL = 0,2 L

• Suhu awal: T_awal = 27^oC
  Suhu akhir: T_akhir = 30,3 ^oC
  Perubahan suhu: ΔT = T_akhir – T_awal
  ΔT = 30,3 ^oC – 27 ^oC
  = 3,3 ^oC

• Kalor jenis larutan: c = 4,2 J/gr^oC

• Massa jenis larutan:
  ρ = 1 gram/cm³ = 1 gram/mL

• Menghitung massa larutan:
  massa HCI = massa KOH = m
  m = ρ × V
  m_HCl = m_KOH = 1 gram/mL × 100 mL = 100 gram

Menentukan mol HCl dan KOH:
mol_HCl = M × V = 0,5 × 0,1 L = 0,05 mol
mol_KOH = M × V = 0,5 × 0,1 L = 0,05 mol

Menentukan mol larutan:

Menghitung perubahan entalpi reaksi: ΔH = –q_reaksi
ΔH = –(m×c×ΔT) : mol
ΔH = –(200×4,2×3,3) : 0,05
ΔH = –55.440 Joule = –55,44 kJ

Jadi, perubahan entalpi reaksi tersebut adalah –55,4 kJ/mol.

2) Berdasarkan Beberapa ΔH Reaksi yang Berhubungan (Hukum Hess)

Seorang ahli kimia Germain Hess pada tahun 1848 merangkum sebuah hukum yang kemudian dikenal dengan Hukum Hess. Bunyi Hukum Hess menerangkan bahwa perubahan entalpi tidak bergantung pada jalannya reaksi atau tahapan reaksi dan hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi.

Misalnya pada suatu reaksi yang mengubah pereaksi A menjadi produk C dapat terjadi secara langsung dengan perubahan entalpi ΔH₁. Selain itu, reaksi A→C dapat juga berlangsung dalam 2 tahap yaitu A→B kemudian B → C.

Diketahui perubahan entalpi untuk reaksi A→B adalah ΔH₂ dan perubahan entalpi untuk reaksi B→C adalah ΔH₃. Menurut percobaan yang dilakukan Hess diperoleh hubungan bahwa ΔH₁ = ΔH₂ + ΔH₃.

Cara Menghitung Perubahan Entalpi dengan Hukum Hess

Perhatikan diagram tingkat energi berikut!

Nilai x pada diagram siklus di atas sebesar …. kJ

Penyelesaian:
Berdasarkan Hukum Hess dapat diperoleh persamaan ΔH₁ = ΔH₂ + ΔH₃, sehingga nilai x dapat dicari seperti perhitungan di bawah.

ΔH₁ = ΔH₂ + ΔH₃
–290 = 593 + x
x = –290 – 593
x = –883 kJ

Jadi, perubahan entalpi (ΔH) pada diagram siklus tersebut adalah sebesar –883 kJ.

Baca Juga: Diagram Tingkat Energi Sesuai Hukum Hess

3) Berdasarkan Data Entalpi Pembentukan (ΔHf°) Standar

Besarnya perubahan entalpi reaksi dapat ditentukan dengan data entalpi pembentukan standar. Di mana perubahan entalpi reaksi sama dengan total perubahan entalpi produk dikurangi perubahan entalpi reaktan.

Misalkan pada persamaan reaksi yang sudah setara: aA + bB → cC + dD. Di mana a, b, c, dan d adalah koefisien-koefisien reaksi. Dengan A, B, C, dan D adalah zat-zat dalam persamaan reaksi tersebut. Kemudian diketahui juga perubahan entalpi pembentukan (ΔH_f^o) standar untuk setiap senyawa.

Persamaan untuk menghitung perubahan entalpi (ΔH) pada reaksi tersebut dengan informasi ΔH_f^o dilakukan seperti cara di bawah.

ΔH = ƩΔH_produk – ƩΔH_reaktan
ΔH = (c × ΔH_f° C + d × ΔH_f° D) – (a × ΔH_f° A + b × ΔH_f° B)

Cara Menghitung Perubahan Entalpi Melalui Data Entalpi Pembentukan Standar

Diketahui data entalpi pembentukan standar beberapa senyawa berikut:
ΔH_f^o CO₂ (g) = –394 kJ/mol
ΔH_f^o H₂O (g) = –286 kJ/mol
dan ΔH_f^o C₆H₆ (g) = 83 kJ/mol
Harga ΔH pembakaran standar benzena adalah … kJ/mol.

Penyelesaian:
Persamaan reaksi pada pembakaran gas benzena (belum setara):
C₆H₆ (g) + O₂ (g) → CO₂ (g) + H₂O (g)

Persamaan reaksi pembakaran gas benzena yang sudah setara:
2C₆H₆ (g) + 9O₂ (g) → 6CO₂ (g) + 6H₂O (g)

Baca Juga: Cara Penyetaraan Reasi Kimia

Menghitung perubahan entalpi:

Jadi, perubahan entalpi (ΔH) pada pembakaran 1 mol C₆H₆ adalah –2.123 kJ/mol.

Baca Juga: Energi Kinetik Gas Ideal

4) Data Energi Ikatan

Energi ikatan adalah energi rata-rata yang diperlukan untuk memutuskan satu ikatan dalam 1 mol molekul menjadi atom penusunnya.

Perubahan entalpi (∆H) merupakan perubahan energi panas (kalor) yang diukur dalam keadaan standar (tekanan dan suhu tetap). Penentuan perubahan entalpi suatu reaksi dapat dihitung dengan menggunakan berbagai cara, salah satunya adalah menggunakan data energi ikatan dari masing-masing senyawa pembentuk reaksi.

Dengan menggunakan struktur dari molekul yang bereaksi dan data energi ikatan antar atomnya perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi dapat diketahui.

Cara Menghitung Perubahan Entalpi Melalui Data Energi Ikatan Rata-Rata

Penyelesaian:
Gambar struktur ikatan untuk reaksi CHF₃ (g) + F₂ (g) → CF₄ (g) + HF (g) adalah sebagai berikut.

• Jumlah energi rata-rata pemutusan ikatan (reaktan/pereaksi):
  1 × C–H = 1 × (+410) = +410
  3 × C–F = 3 × (+485) = +1.455
  1 × F–F = 1 × (+159) = 159
  ∑energi pemutusan = 2.024 kJ/mol

• Jumlah energi rata-rata pembentukan ikatan (produk/hasil reaksi):
  4 × C–F = 4 × (+485) = +1.940
  1 × H–F = 1 × (+565) = +565
  ∑energi pembentukan = 2.505 kJ/mol

• Menghitung besarnya perubahan entalpi (ΔH) reaksi:
  ΔH = Σenergi pemutusan – Σenergi pembentukan
  ΔH = 2.024 – 2.505
  ΔH = –481 kJ/mol

Jadi, nilai entalpi dari reaksi CHF₃ (g) + F₂ (g) → CF₄ (g) + HF (g) adalah –481 kJ/mol. Tanda negatif menunjukkan bahwa jenis reaksi yang terjadi adalah reaksi ekosterm.

Demikianlah tadi ulasan empat cara menghitung perubahan entalpi yang digunakan untuk berbagai bentuk soal atau permasalahan. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!

Baca Juga: Cara Menentukan Biloks (Bilangan Oksidasi)